-
1TEKNIK TENAGA LISTRIK JURUSAN TEKNIK MESINPERSIAPAN UJIAN AHKIR
SEMESTER
PENDAHULUAN
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang
mengubahenergi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini
digunakan untuk, misalnya,memutar impeller pompa, fan atau blower,
menggerakan kompresor, mengangkatbahan, dll. Motor listrik
digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan
diindustri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya
industri sebabdiperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar70%
beban listrik total di industri.
Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang
berfungsi mengubahtenaga listrik arus bolak-balik (listrikAC)
menjadi tenaga gerak atau tenagamekanik, dimana tenaga gerak itu
berupa putaran dari pada rotor.
Motor AC dapat dibedakan atas beberapa jenis. Pembagian motor
listrik di sini atasbermacam tinjauan.
Gambar 1. Klasifikasi Motor Arus Bolak-balik (AC).
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang
membalikkanarahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu.
Motor listrik memiliki dua buahbagian dasar listrik: "stator" dan
"rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotormerupakan
komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Satu Phase
Motor ArusBolak-balik (AC)
Ti Tiga PhaseSatu Phase
Sinkron Induksi
-
2Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa
kecepatan motorAC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi
kerugian ini, motor AC dapatdilengkapi dengan penggerak frekwensi
variabel untuk meningkatkan kendalikecepatan sekaligus menurunkan
dayanya. Motor induksi merupakan motor yang palingpopuler di
industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya.
Motorinduksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari
harga sebuah motorDC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat
yang cukup tinggi (sekitar dua kalimotor DC).
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang
mengubahenergi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini
digunakan untuk, misalnya,memutar impeller pompa, fan atau blower,
menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik
digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan
diindustri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya
industri sebab diperkirakanbahwa motor-motor menggunakan sekitar
70% beban listrik total di industri.
1. Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan
padaberbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya
yang sederhana, murahdan mudah didapat, dan dapat langsung
disambungkan ke sumber daya AC.
Disebut motor induksi, karena dalam hal penerimaan tegangan dan
arus pada rotordilakkukan dengan jalan induksi. Jadi pada motor
induksi, rotor tidak langsungmenerima tegangan atau arus dari
luar.
a. Komponen
Motor induksi memiliki 2 komponen utama:
1. Rotor
Motor induksi menggunakan dua jenis Rotor :
-Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang
diletakan dalam petak-petak slots pararel. Batang-batang tersebut
diberi hubungan pendek pada kedua
-
3ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.-Lingkaran rotor
yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan
terdistribusidibuat melingkar sebanyak kutup stator. Tiga fase
digulungi kawat pada bagiandalamnya dan ujung yang lainnya
dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang padabatang as dengan
sikat yang menempel padanya.
2. Stator
Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk
membawagulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah
kutub yang tertentu.Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120
derajat.
Gambar 2. Motor Induksi (Automated Buildings).
b. Klasifikasi motor induksiMotor induksi dapat diklasifikasikan
dua kelompok utama :1. Motor induksi satu phase2. Motor induksi
tiga phase
1. Motor induksi satu phaseMotor ini hanya memiliki satu
gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya
satu phase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan
sebuah alat untukmenghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini
merupakan jenis motor yang paling
-
4umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin,
mesin cuci danpengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3
sampai 4 Hp. Disebut motor satuphase, karena untuk menghasilkan
tenaga mekanik pada motor tersebut dimasukantegangan satu phase.
Didalam praktek kita sering menjumpai motor 1 phase denganlilitan 2
phase.
Dikatakan demikian, karena didalam motor satu phase lilitan
statornya terdiridari dua jenis lilitan, yaitu lilitan pokok dan
lilitan bantu. Kedua jenis lilitan tersebutdibuat sedemikian rupa,
sehingga walaupun arus yang mengalir pada motor adalaharus/tegangan
satu phase, maka mengakibatkan arus yang mengalir pada
masing-masing lilitan mempunyai perbedaan phase. Atau dengan kata
lain, bahwa arus yangmengalir pada lilitan lilitan pokok dan bantu
tidak sephase. Motor satu phase tersebutdisebut motor phase
belah.Motor satu phase dikenal bermacam-macam, yaitu :a. Motor
kapasitor b. Motor shaded polec. Motor repulse d. Motor seri
2. Motor induksi 3 phaseMedan magnet yang berputar dihasilkan
oleh pasokan tiga phase yang seimbang.
Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat
memiliki kandang tupaiatau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki
rotor kandang tupai); dan penyalaansendiri. Diperkirakan bahwa
sekitar 70% motor di industri menggunakan jenisini, sebagai contoh,
pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan
grinder.Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp. Disebut motor
tiga phase karena, untukmenghasilkan tenaga mekanik tegangan yang
dimasukan pada motor tersebut adalahtegangan tiga phase. Ditinjau
dari jenis rotor yang digunakan, dikenal tiga jenis motoryaitu
:
a. Motor dengan rotor lilitb. Motor dengan rotor sankar tupai c.
Motor kolektor
Setiap motor listrik, sudah mempunyai klasifakasi tertentu,
sesuai dengan maksudpenggunaanya sebagai alat penggerak yang
diperlukan yang diperlukan menurutkebutuhan yang diinginkan.
-
5c. Prinsip kerja motor induksi
Motor induksi 3 phaseMotor induksi adalah alat listrik yang
mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Listrik yang diubah adalah listrik 3 phase. Motor
induksi sering juga disebutmotor tidak serempak atau motor
asinkron. Prinsip kerja motor induksi lihatGambar 3.
Gambar 3. Prinsip kerja motor induksi.
Ketika tegangan phasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub
S (south =selatan), garis-garis gaya mahnet mengalir melalui
stator, sedangkan dua kutub lainnyaadalah N (north = utara) untuk
phasa V dan phasa W. Kompas akan saling tarik-menarikdengan kutub
S. Berikutnya kutub S pindah ke phasa V, kompas berputar
120,dilanjutkan kutub S pindah ke phasa W, sehingga pada belitan
stator timbul medanmagnet putar. Buktinya kompas akan memutar lagi
menjadi 240. Kejadianberlangsung silih berganti membentuk medan
magnet putar sehingga kompasberputar dalam satu putaran penuh,
proses ini berlangsung terus menerus. Dalam motorinduksi kompas
digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada
porosnya.Karena ada perbedaan putaran antara medan putar stator
dengan putaran rotor, makadisebut motor induksi tidak serempak atau
motor asinkron. Susunan belitan statormotor induksi dengan dua
kutub, memiliki tiga belitan yang masing-masing berbedasudut 120
Gambar 3 Ujung belitan phasa pertama U1- U2, belitan phasa kedua
V1-V2 dan belitan phasa ketiga W1-W2. Prinsip kerja motor induksi
dijelaskan dengangelombang sinusoidal Gambar 4 terbentuknya medan
putar pada stator motor induksi.Tampak stator dengan
-
6dua kutub, dapat diterangkan dengan empat kondisi.
Gambar 3. Belitan Stator Motor Induksi 2 Kutup.
Gambar 4. Bentuk gelombang sinusoida dan timbulnya medan
putarpada stator motor induksi.
1. Saat sudut 0.Arus I1 bernilai positip dan arus I2 dan arus I3
bernilai negatip dalam hal ini
belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan
pembaca), dan belitan V1,U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik
menuju pembaca). Terbentuk fluk magnet padagaris horizontal sudut
0. Kutub S (south = selatan) dan kutub N (north = utara).2. Saat
sudut 120.
Arus I2 bernilai positip sedangkan arus I1 dan arus I3
bernilai negatip, dalam hal ini belitan W2, V1, dan U2 bertanda
silang (arus meninggalkanpembaca), dan kawat W1, V2, dan U1
bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis flukmagnit kutub S dan
N bergeser 120 dari posisi awal.
3. Saat sudut 240.Arus I3 bernilai positip dan I1 dan I2
bernilai negatip, belitan U2, W1,
-
7dan V2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan kawat
U1, W2, dan V1bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk
magnit kutub S dan N bergeser 120 dariposisi kedua.4. Saat sudut
360.
posisi ini sama dengan saat sudut 0, di mana kutub S dan N
kembali keposisiawal sekali. Dari keempat kondisi di atas saat
sudut 0, 120, 240, dan 360, dapatdijelaskan terbentuknya medan
putar pada stator, medan magnet putar stator akanmemotong belitan
rotor. Kecepatan medan putar stator ini sering disebut
kecepatansinkron,
tidak dapat diamati dengan alat ukur tetapi dapat dihitung
secara teoritis besarnya
putaran per menit.
Rotor ditempatkan di dalam rongga stator, sehingga garis medan
magnet putarstator akan memotong belitan rotor. Rotor motor induksi
adalah beberapa batangpenghantar yang ujung-ujungnya
dihubungsingkatkan menyerupai sangkar tupai, maka
sering disebut rotor sangkar tupai (Gambar 5.), kejadian ini
mengakibatkanpada rotor timbul induksi elektromagnetis. Medan
magnet putar dari stator salingberinteraksi dengan medan magnet
rotor, terjadilah torsi putar yang berakibat rotorberputar.
Gambar 5. Bentuk Rotor Sangkar Tupai. Kecepatan medan magnet
putar pada stator :
-
8ns = kecepan sinkron medan stator (rpm)f = frekuensi (Hz); nr =
kecepatan putar rotor (rpm)slip = selisih kecepatan stator dan
rotord. Kontruksi Motor Induksi
Konstruksi motor induksi secara detail terdiri atas dua bagian,
yaitu: bagianstator dan bagian rotor (Gambar 6). Stator adalah
bagian motor yang diam terdiri: badanmotor, inti stator, belitan
stator, bearing, dan terminal box. Bagian rotor adalah bagianmotor
yang berputar, terdiri atas rotor sangkar, dan poros rotor.
Konstruksi motorinduksi tidak ada bagian rotor yang bersentuhan
dengan bagian stator, karena dalammotor induksi tidak komutator dan
sikat arang.
Gambar 6. Fisik motor induksi.
Konstruksi motor induksi lebih sederhana dibandingkan dengan
motor DC,dikarenakan tidak ada komutator dan tidak ada sikat arang
(Gambar 7).Sehingga pemeliharaan motor induksi hanya bagian mekanik
saja, dankonstruksinya yang sederhana motor induksi sangat handal
dan jarang sekali rusak secaraelektrik. Bagian motor induksi yang
perlu dipelihara rutin adah pelumasan bearing, danpemeriksaan
kekencangan baut-baut kabel pada terminal box karena kendor atau
bahkanlepas akibat pengaruh getaran secara terusmenerus.
-
9Rumus mengitung daya input motor induksi :
P1 (Watt)P1U I
= Daya input (Watt)= Tegangan (Volt)= Arus (Ampere)
Cos = Faktor Kerja
e. Rugi-rugi dan Efisiensi Motor Induksi
Gambar 7. Rugi-rugi daya motor induksi.
Memiliki rugi-rugi yang terjadi karena dalam motor induksi
terdapatkomponen tahanan tembaga dari belitan stator dan komponen
indukt or belitan stator.Pada motor induksi terdapat
rugirugitembaga, rugi inti, dan rugi karena gesekandanhambatan
angin.
Besarnya rugi tembaga sebanding dengan I2 R, makin besar arus
beban maka rugitembaga makin besar juga. Daya input motor sebesar
P1, maka dayayang diubah menjadi daya output sebesar P2. Persamaan
menghitung rugi-rugi motorinduksi: Rugi-rugi motor = P1 P2
Persamaan menghitung efisiensi motor induksi:
P1 Daya input (watt) dan P2 Daya output (watt)
Menghitung momen torsi yang dihasilkan motor induksi lihat
Gambar 8.
-
10
Gambar 8. Torsi motor pada rotor dan torsi pada poros.
M = F r (Nm)P2 = M (Watt) = 2 n
M = Torsi (Nm)F = Gaya (newton)P2 = Daya output (watt) =
Kecepatan sudut putarn = Kecepatan motor (putaran/detik)
f. Putaran Motor InduksiMotor induksi memiliki dua arah putaran
motor, yaitu putaran searah jarum
jam (kanan) Gambar 9, dan putaran berlawanan jarum jam (ke kiri)
dilihat dari porosmotor. Putaran motor induksi tergantung jumlah
kutubnya, motor induksi berkutubdua memiliki putaran poros sekitar
2.950 Rpm, yang berkutub empat memiliki putaranporos mendekati
1.450 Rpm. Putaran arah jarum jam (kanan) didapat dengan
caramenghubungkan L1- terminal U, L2- terminal V dan L3-terminal W.
Putaran arahberlawanan jarum jam (kiri) didapat dengan menukarkan
salah satu dari kedua kabelphasa, misalkan L1- terminal U, L2-
terminal W dan L3- terminal V. Denganmemasang dua buah kontaktor,
sebuah motor induksi dapat dikontrol untuk putarankanan, dan
putaran ke kiri. Aplikasi praktis untuk membuka dan menutup pintu
garasidengan motor induksi dapat memanfaatkan kaidah putaran kanan
dan kiri ini, denganmelengkapi dengan sensor cahaya atau sakelar
manual motor dapat dihidupkan untukmembuka dan menutup pintu
garasi.
-
11
Gambar 9. Putaran motor dilihat dari sisi poros.
g. Karakteristik Torsi Motor InduksiKarakteristik torsi motor
induksi (Gambar 10), disebut torsi fungsi dari slip(T = f(slip)).
Garis vertikal merupakan parameter torsi (0100%) dan garis
horizontal parameter slip (1,00,0). Dikenal ada empat jenis
torsi, yaitu:1. MA, momen torsi awal,
2. MS, momen torsi pull-up,
3. MK, momen torsi maksimum,4. MB, momen torsi kerja.
Gambar 10. Karakteristik torsi motor induksi.
-
12
Torsi awal terjadi saat motor pertama dijalankan (slip 1,0),
torsi pull-up terjadisaat slip 0,7, torsi maksimum terjadi slip 0,2
dan torsi kerja berada ketika slip0,05. Torsi beban harus lebih
kecil dari torsi motor. Bila torsi beban lebih besar daritorsi
motor, akibatnya motor dalam kondisi kelebihan beban dan berakibat
belitanstator terbakar. Untuk mengatasi kondisi beban lebih dalam
rangkaian kontroldilengkapi dengan pengaman beban lebih disebut
thermal overload, yang dipasangdengan kontaktor. Karakteristik
torsi juga bisa disajikan dalam bentuk lain, kita
kenalkarakteristik putaran = fungsi torsi, n = f (torsi) lihat
Gambar 11. Garis vertikalmenunjukkan parameter putaran, garis
horizontal menunjukkan parameter torsi.Ketika motor berputar pada
garis n didapatkan torsi di titik M. Ketika putaran beradadi nn
didapatkan torsi motor di Mn. Daerah kerja putaran motor induksi
berada padaarea n dan nn sehingga torsi kerja motor induksi juga
berada pada area M dan Mn.Berdasarkan grafik n = fungsi (torsi)
dapat juga disimpulkan ketika putaran rotorturun dari n ke nn pada
torsi justru terjadi peningkatan dari M ke Mn.
Gambar 11. Karakteristik putaran fungsi torsi beban.
Gambar 12. Karakteristik parameter efisiensi, putaran, faktor
kerja dan arus beban.
-
13
Karakteristik motor induksi lainnya lihat Gambar 12 mencakup
parameterefisiensi, faktor kerja, ratio arus, dan ratio putaran.
Dengan membaca karakteristik motorinduksi dapat diketahui setiap
parameter yang dibutuhkan. Saat torsi mencapai
100% dapat dibaca ratio arus I/Io = 1; faktor kerja cos 0,8;
efiseiensi motor 0,85; danratio putaran n/ns: 0,92.
h. Pengasutan Motor InduksiSaat motor induksi distarting secara
langsung, arus awal motor besarnya antara
500% sd 700% dari arus nominal. Ini akan menyebabkan drop
tegangan yang besarpada pasokan tegangan PLN. Untuk motor daya
kecil sampai 5 kW, arus starting tidakberpengaruh besar terhadap
drop tegangan. Pada motor dengan daya diatas 30 kWsampai dengan 100
kW akan menyebabkan drop tegangan yang besar danmenurunkan kualitas
listrik dan pengaruhnya pada penerangan yang berkedip.Pengasutan
motor induksi adalah cara menjalankan pertama kali motor, tujuannya
agararus starting kecil dan drop tegangan masih dalam batas
toleransi. Ada beberapa carateknik pengasutan, di antaranya :
1. Hubungan langsung (Direct On Line = DOL)2. Tahanan depan
Stator (Primary Resistor)3. Transformator4. Segitiga-Bintang
(Start-Delta)5. Pengasutan Soft starting6. Tahanan Rotor lilit
i.Prinsip Kerja Motor AC Satu PhaseMotor AC satu phase berbeda
cara kerjanya dengan motor AC tiga phase. Pada
motor AC tiga phase, belitan stator terdapat tiga belitan yang
menghasilkan medanputar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan
interaksi torsi yang menghasilkanputaran. Pada motor satu phase
memiliki dua belitan stator, yaitu belitan phase utama(belitan
U1-U2) dan belitan phase bantu (belitan Z1-Z2) Gambar 13.
-
14
Gambar 13. Prinsip medan magnet utama dan medan magnet bantu
motor satu phase
Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama
berbeda phasa
sebesar Gambar 14,
Gambar 14. Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama
Hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua
belitan tersebut.Perbedaan arus beda phasa ini menyebapkan arus
total, merupakan penjumlahan vektorarus utama dan arus bantu. Medan
magnet utama yang dihasilkan belitan utama jugaberbeda phase
sebesar dengan medan magnet bantu. Belitan bantu Z1-Z2
pertamadialiri arus Ibantu menghasilkan fluk magnet tegak lurus,
beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama
Iutama yang bernilai positip.Hasilnya adalah medan magnet yang
bergeser sebesar 45 dengan arah berlawanan jarumjam (Gambar
15).
-
15
Gambar 15. Medan magnet pada stator motor satu phase
Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida,
sehinggamenghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan
statornya. Rotor motor satuphase sama dengan rotor motor tiga phase
berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung
singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka seringdisebut
rotor sangkar (Gambar 16).
Gambar 16. Rotor sangkar
Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator,
menghasilkan teganganinduksi,interaksi antara medan putar stator
dan medan magnet rotormenghasilkan torsi putar pada rotor.
-
16
2. Motor SinkronMotor sinkron adalah motor AC, bekerja pada
kecepatan tetap pada sistim
frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk
pembangkitan dayadan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh
karena itu motor sinkron cocok untukpenggunaan awal dengan beban
rendah, seperti kompresor udara, perubahanfrekwensi dan generator
motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaikifaktor daya sistim,
sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakanbanyak
listrik. Konturksi motor sinkron sama dengan kontruksi generator
sinkron.Perbedaanya adalah pada penggunaanya. Generator sinkron
diputar untuk menghasilkantenaga listrik, sedangkan motor sinkron
padanya dimasukkan tenaga listrik untukmenghasilkanputarn atau
untuk memperbaiki Cos .
Gambar 17. Motor sinkron Komponen utama motor sinkron Rotor(
bagian yang berputar) :
Terdiri dari belitan-belitan penguat, inti magnet dan slip ring
/ sikat. Slip ring /sikat ini fungsinya untuk memasukan listrik DC
pada belitan penguat sehinggatimbul kutup magnet pada rotor.
Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motorinduksi adalah
bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang samadengan
perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit
rotortidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau
arus DC-excited, yangdipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu
bila dihadapkan dengan medan magnetlainnya.
Stator (bagian yang diam) :Terdiri dari belitan-belitan stator.
Pada belitan stator tersebut diberi aliran listrik,
-
17
untuk menghasilkan flux magnet stator (medan putar).Stator
menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi
yangdipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang
diberikan olehpersamaan berikut (Parekh, 2003):
dimana: Ns = 120 f / P
f = frekwensi dari pasokan frekwensiP= jumlah kutub
Type rotor pada mesin sinkron ada dua macam, yaitu :
- Rotor penuh : type rotornya diberi alur-alur sebagaimana
rotor-rotor slip ring.Biasanya untuk putan tinggi.
- Rotor kutub: rotor type ini terdiri dari inti-inti kutub
dengan belitan penguat.Biasanya banyak, untuk putaran rendah.
a. Prinsip Kerja Motor Sinkron
Gambar 18. Kontruksi Motor sinkron.
Gambar diatas adalah gambar dari sebagian dari stator dan rotor
motorsinkron. Belitan-belitan stator tidak digambarkan disini,
tetapi pada stator itudibayangkan adanya kutub-kutub khayal yang
sedang berputar dengan arahtertentu dan dengan kecepatan kecepatan
:
Banyaknya putaran tiap menit dari kutub-kutub khayal tersebut
dinamakankecepatan medan putar atau kecepatan sinkron.
Pada rotor terdapat kutub-kutub magnet yang sesungguhya. Apabila
rotor
-
18
dengan kutub-kutub rotor magnet itu berputar dengan kecepatan
yang samadengan medan putar, maka rotor itu akan dapat berputar
dengan terus, mengikutiputaran kutub-kutub khayal. Jadi motor
serempak tak dapat berputar dengan sendirinya.Ini disebabkan karena
kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatanmedan
putar pada waktu saklar motor terhubung dengan jala-jala.
Gaya tarik antara kutub rotor dengan kutub khayal yang
berhadapan, akan silihberganti dengan gaya tolak dengan cepat
sekali. Karena hal tersebut dankenyataanya rotor dengan seluruh
kutub-kutub magnet adalah berat, akibatnya tak adakopel sama
sekali. Rotor hanya bergetar saja. Supaya rotor ini dapat berputar
bersama-sama dengan medan putar, maka rotor perlu diputar dahulu
sampai
mendapatkan kecepatan sinkron
Setelah dicapai kecepatan sinkron, barulah belitan-belitan
stator tiga phase itudihubungkan dengan jala-jala.
Seperti kita ketahui, bahwa untuk terjadinya kutub magnet,
diperlukan sumber DC.Jadi motor sinkron untuk penguatannya harus
tersedia sumber DC (battery, accu,generator arus searah).
b. Motor Sinkron Berbeban
Gambar 19. Kedudukan kutub rotor terhadap terhadap kutub khayal
padasaat motor berbeban.
Jika motor sinkron diberi beban, maka letak kutub-kutub maganet
rotor tidakdapat tepat berhadapan dengan kutub-kutub khayal, tetapi
agak ketinggian sedikit.
-
19
Dalam hal ini tidak berarti putaran rotor kurang dari kecepatan
sinkron tetapi tetapsebesar :
Apabila beban makin berat, maka kutub magnet pada rotor akan
makinketinggalan terhadap kutub khayalnya. Dengan bertambahnya
beban, bertambahbesar juga (kutub rotor makin ketinggalan terhadap
kutub khaayal), dalam hal iniputaran rotor masih tetap
meskipun kutub
-kutub magnet tidak dapat berpegangan tegak pada kutub-kutub
khayal.
Apabila beban motor ditambah terus pada suatu saat kutub-kutub
magnet rotor terlepasdari pegangannya (yaitu kutub-kutub khayal),
sehingga rotor akan berhentiberputar, meskipun beban putar tetap
ada.
c. Sifat-sifat Motor Sinkron
Pada motor-motor DC dan motor sinkron keduanya akan beraksi
sebagaigenerator waktu motor bekerja (beputar). Hal ini disebabkan
GGL induksi ( E ) selaludibangkitkan kalau ada gerakan relatip
antara kumparan dan garis-garis gaya. Padamotor DC, GGL induksi
terbentuk pada bagian rotor, sedangkan pada motor sinkronGGL
induksi terbentuk pada bagian stator pada waktu bekerja.
Beberapa sifat dari motor sinkron adalah :
- Pada pembebanan yang berubah-ubah, kecepatan motor selalu
tetap sesuai rumus
Jika terjadi pembebanan yang terlalu berat, motor langsung
berhenti. Adapunkarakteristik n = f ( T ) dapat dilukiskan seperti
gambar 20
n
T
Gambar 20. n = f ( T ).
-
20
- GGL induksi ( E ) pada motor sinkron tergantung pada besar
arus penguatmagnet pada rotor.
Besarnya GGL induksi kemungkinan sama, lebih kecil atau lebih
besardibandingkan tegangan sumber ( V ).
d. Cara Menjalankan Motor Sinkron1. Mesin DC dikopel dengan
motor sinkron.
Pada waktu start motor DC berfungsi sebagai penggerak hingga
motor sinkronmencapai kecepatan sinkron. Setelah motor berjalan
normal, mesin DC berfungsisebagai generator DC dan merupakan beban
dari motor sinkron.
2. Motor induksi dikopel dengan motor sinkron.Jumlah kutub motor
induksi lebih sedikit dibandingkan jumlah kutub motor
sinkron(biasanya berselisih dua), sehingga dengan adanya slip motor
induksi masihmampu menggerakkan mencapai putaran sinkronnya.
Seetelah motor berjalan normalmotor induksi dilepas.
3. Dijalankan dengan prinsip rotor hubung singkat.Caranya pada
rotor motor sinkron dipasang penghantar-penghantar yang
dihubungsingkat satu sama lain. Penghantar-penghantar tersebut
dipasang pada tiap-tiapsepatu kutub (disebut damper grids). Jika
lilitan stator dihubungkan sumber 3phase, maka rotor akan berputar
sesuai dengan prinsip rotor sangkar tupai.Setelah motor berputar
norma, penghantar-penghantar tersebut tak berfungsi lagi.
Gambar 22. Damper grids.
-
21
Motor AC Asinkron 3 fasaMotor AC asikron 3 fasa banyak digunakan
pada mesin-mesin penggerak di
Industri karena daya keluaran mesin mesin tersebut lebih besar
dari 1. Adapunkelebihan dan kekurangan motor induksi bila
dibandingkan dengan jenis motor lainnya,adalah :
Kelebihan Motor Induksi Mempunyai konstruksi yang sederhana.
Relatif lebih murah harganya bila dibandingkan dengan jenis motor
yanglainnya. Menghasilkan putaran yang konstan. Mudah perawatannya.
Untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain sebagai penggerak
mula. Tidak membutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan bisa
dikurangi.
Kekurangan Motor Induksi Putarannya sulit diatur. Arus asut yang
cukup tinggi, berkisar antara 5 s/d 6 kali arus nominal
A. Prinsip kerjaBila pada ke-3 fasa belitan stator diberikan
tegangan 3-fasa seimbang maka pada
inti stator akan terjadi medan putar, yang berputar sesuai
dengan kecepatan sinkron.
pfN s 120
Ns : kecepatan putaran sinkronF : frekuensi tegangan statorp :
jumlah kutub motor
Fluksi yang berputar di sepanjang inti stator itu akan memotong
batang-batangkonduktor rotor, sehingga terimbas suatu tegangan
imbas di rotor. Karena batang rotorterhubung singkat maka akan
mengalir arus rotor pada batang-batang rotor tersebut,
yangmerupakan gaya putar rotor. Motor berputar dengan kopel putar
sebesar gaya tersebut kalijari-jari (jarak batang konduktor -
as).
-
22
Gambar 1. Medan Putar Pada Motor 3 Fasa
Jumlah putaran stator motor Asinkron dapat dihitung dengan rumus
:
pf
ns 60
n = Jumlah putaran / menitf = Frekuensip = Jumlah pasang
kutub
Bila salah satu fasa masukan terputus, jadi motor hanya mendapat
masukan 2-fasamaka tak akan terjadi medan putar sehingga kopel
motor tidak terbangkitkan dan motorgagal start. Pada kondisi motor
tanpa beban maka putaran motor mendekati Ns.
Slip = ss
NNNS
S akan selalu ada pada operasi motor asinkron.
Pada beban mekanis motor makin besar, S akan makin besar pula.
Saat itu kopelmotor akan mengimbangi kopel beban. Beban yang besar
akan menarik arus motor yangbesar pula sehingga kopel motor = kopel
beban dan terjadi pada putaran kerja sistemmotor-beban.
-
23
B. Torsi dan DayaSeperti telah dibahas pada sub bab mengenai
konstruksi dan prinsip kerja motor
induksi, tidak ada suplai listrik yang dihubungkan secara
langsung ke bagian rotor motor,daya yang dilewatkan senjang udara
adalah dalam bentuk magnetik dan selanjutnyadiinduksikan ke rotor
sehingga menjadi energi listrik. Rata-rata daya yang
melewatisenjang udara harus sama dengan jumlah rugi daya yang
terjadi pada rotor dan daya yangdikonversi menjadi energi
mekanis.
Daya yang ada pada bagian rotor menghasilkan torsi mekanik,
tetapi besarnya torsiyang terjadi pada poros motor dimana tempat
diletakkannya beban, tidak sama denganbesarnya torsi mekanik, hal
ini disebabkan adanya torsi yang hilang akibat gesekan
danangin.
Daya motor 3 Fasa
Diagram aliran daya dari sebuah Motor Induksi Tiga Fasa
sepertidiperlihatkan pada gambar 5.106
Daya Masuk Stator = Daya Keluar Stator + Rugi Tembaga Stator
Daya Masuk Rotor = Daya Keluar Stator
Daya Keluar Rotor Kotor = Daya Masuk Rotor - Rugi Tembaga
Rotor
Gambar 4. Diagram Alir daya motor 3 Fasa
-
24
Keterangan :
Daya Keluar Rotor kotor = Pout rotor
Daya Masuk Rotor = Pin rotor
Rugi Tembaga Rotor = Pcu rotor
Pout rotor = Tg .2. .Nr
Rugi Tembaga Rotor untuk Sistem Tiga Fasa, adalah :
-
25
Daya Mekanik (Pm) atau
Pout rotor =(1 - S) Pin rotor
Gambar 5. Rangkaian Ekuivalent Motor AC 3 fasa
-
26
C. Kontruksi dan tipe1 Bagian bagian Motor
Gambar 6. Bagian bagian motor 3 Fase.
2. KonstruksiStator dibuat dari besi plat berlapis, berfungsi
untuk mengurangi eddy current.
Belitan stator dan pembagi medan magnit dihubungkan Y atau .
Rotor dililit dihubung Y dan ujung yang lain disambung slip ring
dengan sikat arang,berfungsi sebagai penghubung singkat kumparan,
jika motor sudah berjalan normaldengan mengatur tahanan asut
-
27
D. Karakteristik
Gambar 7. Operasi motor asinkron. a) Karakteristik T-N motor dan
bebanb) Diagram kerja motor
Pada gambar tersebut terlihat bahwa keseimbangan putaran terjadi
pada n = N dimana pada saat itu kopel beban = kopel putar
motor.
Daya mekanis keluar motor saat itu :
5250NT
P LO
Po [Hp] ; 1 lb = 0,45 kg
TL (ft - lb) ; 1 ft = 0,33 m
N (Rpm)
Bila saat itu motor mendapat tegangan catu 3-fasa V dan arus
jala-jala I denganfaktor kerja = cosmaka daya masuk motor:
cos3 IVPin
sehingga efisiensi motor = inO
PP
Kembali ke Gambar 2:
Pada saat start, motor mendapat momen/ kopel percepatan sebesar
:
SBSa TTT
-
28
Ta : Kopel percepatan motor saat start
TS : Kopel start motor
TSB : Kopel lawan dari beban saat start
Dari hubungan (6) itu terlihat bahwa kecepatan start motor
adalah tergantung padategangan masuknya. Untuk motor yang sama,
2VkT
Selanjutnya diagram pada Gambar 3 memperlihatkan karakteristik
motor asinkrondalam melayani beban.
Pada beban yang lebih besar, waktu start motor akan lebih
panjang, arus kerjamotor lebih tinggi dan putaran kerja motor lebih
rendah. Sementara itu oleh besarnya arusmotor, temperatur kerja
motor akan lebih tinggi pula. Batas pembebanan motorditentukan oleh
batas kenaikan temperatur yang terjadi yang masih dapat ditolerir
olehisolasi belian motor. Tiap jenis isolasi beliatan motor
mempunyai batas temperatur kerjamaksimum sendiri-sendiri yang tak
boleh terlewati. Bila terlewati maka isolasi belitantersebut akan
rusak hingga terjadi hubung singkat yang kemudian membakar
isolasibelitan motor.
Gambar 8. Diagram perjalanan waktu dari arus danputaran motor
untuk dua macam pembebanan
-
29
Start motor asinkron
Masalah kopel motor ini erat hubungannya dengan cara-cara start
motorasinkron.
Pada cara start wye - delta misalnya, kopel start motor:
3
3
2
2
1
Vk
kVTT
Di mana T1 = kopel motor pada cara kerja wye-delta = 13 kopel
start motor pada startlangsung hubungan delta.
Namun sementara itu, latar belakang penggunaan start semacam itu
adalahuntuk menurunkan arus start motor. Istart sebesar itu (lihat
persamaan 8) akan terusmengalir sebelum motor berputar.
m
pstart Z
VI
Vp : Tegangan masuk motor / fasa
Zm : Impedansi motor / fasa
Oleh Zm motor yang rendah maka Istart akan tinggi sekali yang
selainmengakibatkan jatuh tegangan sesaat yang besar dijaringkan
(antara sumber - motor)juga dapat mengganggu frekuensi pembangkit
serta pengamanan pengaman arusgangguan, terutama pada motor
besar.
Dengan start wye-delta,m
pstart Z
VI
3/ , arus diperkecil 3 kali semula.
Dengan start melalui R depan atau X depan,
dm
pstart XZ
VI
Setelah motor berputar barulah Istart turun, sesuai :
-
30
m
s ZEVI
dimana E adalah ggl lawan motor.
Besarnya Xm ataupun Vstart adalah tergantung pada batas arus
start minimum yangmasih dapat diterima oleh sistem motor - beban di
mana motor pada kondisi start tersebutmasih sanggup membawa beban
ke putaran nominal yang ditujunya.
Pengereman Motor Asinkron
Untuk mesin putaran cepat , cara mematikan harus melalui sistem
pengereman.
Ada beberapa cara sistem pengereman :
Sistem Mekanis.Konstruksi : rotor dan stator berbentuk
kerucut
Prinsip Kerja :Posisi mati : rotor tak bergerak (direm) Saat
start : rotor digeser oleh daya magnetiske dalam kira-kira 1 mm ( v
) sehingga rem (B) lepas dan motor mulai berputar.
Saat off pegas ( F ) menekan rotor keluar sehingga motor tererem
kembali.
Rangkaian ekivalen motor asinkron
Sebagaimana juga dengan mesin listrik tak berputar:
transformator, motorasinkron mempunyai pula suatu rangkaian
ekivalen. Rangkaian ekivalen motor asinkron
diciptakan untuk mempermudah pekerjaan analisa atas motor. Lihat
gambar 4.
Gambar 9. Rangkaian ekivalen motor asinkron per fasa.
-
31
di mana :
Vm / fasa : tegangan masuk motor / fasaR1 : tahanan statorX2 :
reaktansia
2 R2 : tahanan rotor dilihat dari statora
2 X2 : reaktansiRc : tahanan rangkaian magnetisasi motorXc :
reaktansi rangkaian magnetisasi motor
221 Ra
SS : menggambarkan tahanan yang mewakili beban yang
merupakan
fungsi dari S; a: perbandingan lilitan stator dan rotor
Nilai parameter rangkaian ekivalen motor diperoleh dari hasil
pengukuranlaboratorium. Contoh penggunaan rangkaian ekivalen ini
misalnya untuk menhitungefisiensi, daya keluaran dan lain-lain.
Untuk putaran motor tertntu maka nilai I1 dapatdicari. Demikian
pula nilai I2 dan keluaran motor adalah :
222
2013 Ra
s
sIP
rugi-rugi motor adalah :
222
202
12
1 RaIRIRIP RCloss
Cos motor adalah dicari setelah nilai 221 Ra
SS diperoleh, dilanjutkan cara
perhitungan menurut teori rangkaian listrik untuk jaringan R dan
XL.
Masukan motor adalah :
cos3 11 VIPin
Dengan demikian efisiensi motor dapat dicari.
E. PenggunaanF. ProteksiG. Kesalahan pada Motor 3 Fase
Kesalahan atau kerusakan yang terjadi pada motor 3 fase ini di
tandai motor tidakdapat berputar saat dijatu dengan tegangan.
Kesalahan atau kerusakan ini antara lain :
-
32
Kesalahan :
- Tidak ada sumber
- Sumber tidak cocok
- Pengereman mekanis
Kerusakan :
Pada pengaman motor
Pada saklar motor
Pada belitan motor ( pada terminal motor )
Cara pencarian kesalahan / kerusakan pada motora. Memutar
poros/as motor dengan tangan
Petunjuk : Motor kecil, beban kecil Pengereman kecil
Motor besar, beban besar Pengereman besar
Jika As motor tidak mau berputar maka terjadi gangguan mekanis
yaitu :
Kerusakan/penjepitan dari lacker (bearing)
Gear rusak
b. Mengukur tegangan dengan voltmeter
Untuk mengetahui apakah motor hubung singkat atau terjadi
kebocoran arusatau ada kerusakan lain, maka dilakukan pengukuran
tegangan dengan voltmeter.
b.1). Mengukur diatas saklar
Pengukuran R-S, S-T, R-T
V1 = V2 = V3 Kondisi sekering baik
V1 = V2 = V3 Pengaman putus atau hantaran bocor.
-
33
b.2). Mengukur dibawah saklar
V1 = V2 = V3 sama pengukuran dengan b.1 kondisi saklar baik Jika
tidak sama kondisisaklar rusak
b.3). Mengukur pada terminal motor
a. Jika V1, V 2, V3, tidak ada teganganmaka hermorelay p utusb.
Jika V1 V2 V3 atau antara fase dengan
HP tidak sama besarnya Kerusakan dalam hantaran atau terminal
baut kurang keras.
-
34
c. Mengukur antara HP dengan titik bintang Jika besar tegangan
0-10 V( pada U = 380 V ) Kumparan masih baik, tapi jika tegangan
lebih dari 10 V, makabisa dikarenakan Sumber tegangan kurang
simetris
Jika tegangan sumber sudah simetris, tapi pengukuran tegangan
lebih dari 10 V( pada U = 380 V ), berarti Kumparan kontak dengan
badan motor Ada kegagalanisolasi dengan U = 380 V
c. Mengukur arus motor
Mengukur arus motor tujuannya adalah untuk mengetahui dan
membandingkandengan /arus nominal motor. Cara yang baik adalah
dengan menggunakan tang amper,karena bisa mengetahui arus start
motor ( 5 - 7 n ).
Jika Semua hasil pengukuran sama atau dibawah In arus motor
baik.
Hasil pengukuran sama, kadang-kadang / terus menerus semakin
besar dari In, berartibeban terlalu besar, tetapi jika dalam waktu
pendek, agar aman perlu diukursuhunya. Jika arus dari semua fase
tidak sama/melebihi In maka terjadi hubungsingkat atau kumparan
bocor.
d.Pengukuran Tahanan
Awas : motor harus dimatikan dan terminal motor harus bebas
tegangan.
Mengukur masing-masing tahanan, Titik Y atau harus dilepas, Jika
besar tahanandari masing-masing belitan sama belitan baik ( Untuk
daya motor simetris )
e.Pengukuran tahanan isolasi
Cara pengukurannya dilakukan : Masing-masing kumparan diukur
dengan badanmotor menggunakan megger.
-
35
Jika tahanan isolasi besarnya 1 K /Volt motor baikJika dibawah
harga tersebut : Terjadi kegagalan isolasi
f.Pengukuran putaran
Jika putaran motor dibawah putaran nominal hal ini disebabkan
oleh :
Beban motor terlalu besarMotor salah sambung biasanya terjadi
pada motor 2 kecepatan / dahlander
g.Pengukuran Suhu
Hal ini jarang dilakukan, karena biasanya pengukuran langsung
didalam motordan tidak boleh dibenarkan diatas body.
Suhu motor akan menentukan klas isolasi, berikut tabel klas
isolasi
KLAS ISOLASI SUHU MAKSIMUMA
E
B
F
H
1050 C
1200 C
1300 C
1550 C
1800 CToleransi harga nominal :
BESARAN TERTULIS TOLERANSI MAKSIMUMTegangan Pada hubungan Y/
Arus
10 % 10 % ( Dari beban penuh 100 %
s/d 10 % ) ( tanpa beban )
tergantung besarnya motor.Daya yang dihasilkan Antara beban
penuh s/d tanpa beban
bisa lebih 10 % waktu singkat
Frekuensi 10 %
-
36
Tabel Prosedure pencarian kiesalahan pada motor Asynchron 3
fase
Isyarat Pengujian Pengukuran KesimpulanMotor tidak berputar
Motor tidak ada reaksi
Pada peralatan pengaman( Zekering, MCB, thermorelay ).
Tegangan motor tidak ada
Ada tegangan
Pengukuran tahanan
Pengaman putus/rusak Jika pengamanbaik Kesalahan pada kontaktor
dansaklar hantaran(putus)Kumparan motor putus padasambungan (Y atau
)
Untuk mengetahui kumparan yangputus/normal
Motor tidak berputar Putaran kurang baik ( berbunyi ) Peralatan
pengaman langsung jatuh Peralatan pengaman putus terus jika kopel
terminal dibuka
Memutar As motorPeralatan pengamanTegangan pada motordengan
jembatan Y/yangdibukaTidak ada/kurangAda tegangan mengukurtahanan (
tergantungbesarnya ) Isolasi motor
Gangguan mekanis Rusak atauputus Hubung singkat / putuspada
hantaran Kumparan rusakKumparan putus HubungansingkatHubungan
singkat sumber/kumparanKebocoran antara belitan denganbody
Motor berputarthermorelay putusdalam waktu singkat
Motor panas Motor berputar lambat Daya motor kurang Putaran
lambat danberbunyi
Suara dari lacker
Penyetelan / setting aruspada hermorelay dibawah nominal
Pengukuran suhu motor
Arus asut (sampai 10 n )
Mengukur putaranMelepas bagian motordan
kontrol besi dan lacker
Mendengarkan lacker.
Setelan harus sama InVentilator rusak / kotor udaratertutup
kotoranBeban motor > dari daya motor .Momen beban >
momendayaCelah udara antara rotordanstator terlalu besar. Adabagian
besi rusak,Lacker rusak
Untuk motor yang barudisambung
Tegangan betulSambungan keras danbetul ?
HP baik
Putaran betul/salah
Sebelum thermorelay
Teg. kecilTeg. besar /YMeneliti antar fasa darimotorStart
langsung = InStart Y/ Thermorelay dalam hantaransaklar = nTR dalam
hantaran suplaimotor : 0,58 In
-
37
DAFTAR PUSTAKA
1. A Text Book of Electrical Technology, B.L. Theraja 17th
edition, 1970, NirjaContruction and Deveploment Co (P) Ltd.
2. Basic Electrical Engineering, Fitzgerald, Grabel &
Higgibotham, third edition,MC. Graw Hill.
3. Electrical Machines, Charles S. Siskind, Second edition, MC
Graw Hill.
4. Dasar Tenaga Listik, Zuhal, 1977 ITB.
5. Mesin Listrik Jilid 2, Drs. Soeparno dan Drs. Bambang
Soepatah,Departemen P dan K.
6. Automated Buildings
www.automatedbuildings.com/news/jul01/art/abbd/abbf2.gif
7. Bureau of Energy Efficiency (BEE), Ministry of Power,
India.Components of an Electric Motor 2005
.www.energymanagertraining.com/equipment_all/
electric_motors/eqp_co mp_motors.htm
8. Bureau of Energy Efficiency, Ministry of Power, India. Energy
Efficiency inElectrical Utilities. Book 3. 2004
9. Bureau of Indian Standards. Indian Standard Code for Motors
IS1231.C.R. Nave, Department of Physics and Astronomy, Georgia
StateUniversity. How does an electric motor work? In: Hyperphysics,
Electricityand Magnetism. 2005 http://hyperphysics.phy-
astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
10. DirectIndustry. Virtual Industry Exhibition. 2005.
www.directindustry.comElectricians Toolbox Etc (E.T.E.). Motor
Characteristics. 1997.www.electoolbox. com/motorchar.htm Integrated
Publishing. Synchronised Motors, In:Neets, Module 01, Introduction
to Matter.